PML吸收边界条件下的TE波FDTD算法的仿真与验证

FDTD方法已成为计算电磁学的一个重要发展方向。在时域有限差分法基本原理的基础上,通过建立二维TE波的FDTD表达式,实现了基于MATLAB的TE波传播仿真与吸收边界条件的验证。仿真结果表明:PML对TE波的传播具有良好的吸收效果。     

广义正交坐标系中FDTD算法的APML吸收边界

利用坐标拉伸方法,将复坐标系统中矩阵形式的Maxwell方程映射到实坐标系统中,由坐标系的拉梅系数得到了广义正交坐标系下各向异性完全匹配层吸收边界条件．数值结果表明了该吸收边界的有效性．     

伽略金近似方法与数值方法的比较分析

针对复杂的非线性热传导问题求解的困难,在系统地介绍伽略金近似方法基本概念的基础上,采用伽略金近似方法对直角坐标系的非稳态热传导算例进行计算,同时与数值解和精确解进行比较分析.结果表明伽略金近似方法可用于求解各类复杂的非线性热传导问题.     

切比雪夫法求解含吸收边界的Maxwell方程

切比雪夫矩阵多项式展开法求解麦克斯韦方程具有高精度和高速度的优点，其局限性是：仅限于仿真有限空间的电磁场，边界为自由反射边界。采用复坐标变量完全匹配层作为边界吸收条件，解决了该局限性问题，将有限区域仿真拓展到无界空间电磁场的仿真。并进一步选择最佳吸收边界参数，仿真得到无界空间中稳定的场。     

地下二维各向异性圆柱目标近场计算的FDTD方法

利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)研究了地下二维各向异性介质目标的散射特性。首先,总体模型采用经典的半空间总场/散射场模型,吸收边界采用各向异性完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Layer, UPML);其次,入射源使用高斯脉冲,并通过一维FDTD法添加到时域迭代方程中;最后分别计算了地下二维电各向异性介质和地下二维磁各向异性介质的散射,给出了目标尺寸,土壤电参数对目标散射场的影响。通过与仿真软件FEKO的对比和模型误差分析,验证了算法和程序的可靠性。     

二维金属凹槽填充各向异性介质时散射的边界元方法:TE情形

由各向异性介质无界空间Green函数和Green恒等式出发，推导了TE波入射时二维任意截面金属凹槽填充各向异性介质时所满足的边界积分方程，并用边界元法和广义网络原理计算了金属凹槽填充各向异性介质时的散射。用文中方法退化计算了凹槽填充各向同性介质时的散射，计算结果与解析结果一致。并给出了凹槽填充各向异性介质时的散射算例。     

总场-散射场方法在二维ADI-FDTD中的实现

提出了一种新的交替方向隐式时域有限差分激励源加入的总场-散射场方法．在总场边界附近,二维TM波的电磁场格点在每个子时间步都需要加入入射波的相应分量．根据交替方向隐式时域有限差分迭代公式及格点在总场边界的具体位置共有14种情况需要修正,其中电场格点有10种情况．该方法继承了常规时域有限差分加源的特点,而且保持了交替方向隐式时域有限差分求解线性方程组的形式不变．在入射波为平面波时,计算表明,当计算时间步长为Courant-Friedrich-Levy稳定性条件所限制时间步长的5倍时,总场区的入射波仍具有很好的场量等值线．利用该方法给出的金属方柱和前端有介质涂层的复杂目标金属机翼散射的数值计算结果验证了其有效性．     

破片撞击下装甲钢层裂破坏的二维MCA方法模拟

高速破片撞击装甲钢的层裂问题,应考虑侧向稀疏波效应的影响．应用二维MCA方法模拟破片高速撞击装甲钢,以元胞速度场直观地描述这种侧向稀疏效应．模拟得到不同速度撞击下,靶板背面的破坏形态和层裂片形貌、分布及飞散速度,符合实际结果．     

基于2.5维有限元-完全匹配层技术的隧道振动建模研究

为解决隧道受周围区域复杂影响的三维隧道动力模拟问题，基于有限单元法，采用2.5D技术，应用完全匹配层（PML）处理由有限单元网格截断的边界，提出一种针对超长隧道结构动态性能模拟的高效、精确解法。结合2.5D技术、有限单元法（FEM）及完全匹配层（PML）的方法并不常见，推导2.5D技术和有限单元法（FEM）结合法的方程，着重说明其与2.5D技术和完全匹配层（PML）结合法的兼容性。通过与常用数值模型（MEF-MEC）和半解析解（PIP）法的结果验证，证明了模型的准确性，并进行了参数研究，以评估隧道和土体性质对土体振动的影响。结果表明：提出的2.5D MEF-PML方法能够解决有限元法不能处理无限域的缺点，与常规PML法相比,精度更高，在隧道动力分析时，能准确考虑隧道周围区域因素的影响。     

二维薛定谔方程的全离散有限元两层网格方法

针对一类二维依赖于时间的线性薛定谔方程,在空间方向采用双线性有限元进行离散,时间方向利用向后欧拉方法得到全离散有限元格式,构造一种全离散有限元两层网格算法,对薛定谔方程耦合的实部和虚部进行解耦。从而将在细网格上进行求解,简化为在粗网格上求解原问题以及在细网格上求解两个泊松方程。数值实验结果表明,两层网格有限元方法比标准有限元方法更高效,且当粗细网格尺寸满足一定条件时,数值解具有相同的最优误差阶。     

时域有限差分法的优化吸收边界条件

基于单向波算子,给出了一个形式简洁的Ｎ阶优化吸收边界条件,给出了确定其参量的方法．数值结果表明,对于特定电磁问题,适当选择参量,优化吸收边界条件优于同阶Ｍｕｒ吸收边界条件．     

时域有限差分法在汽车EMC分析中的应用

结合时域有限差分法(FDTD)直接用有限差分式代替Maxwell时域场旋度方程中的微分式,分析了空间和时间离散间隔对数值色散及数值稳定性的要求,提出一种简化计算机编程的完全匹配层(PML)参数设置方法,利用时谐场函数加窗构建车内激励源。在此激励源激励下,描绘了电磁波的传播和与目标的相互作用过程,得到复杂物理过程的清晰仿真图像。     

PML - FDTD在三维柱坐标系下的实现

在三维复扩展柱坐标系下推导了麦克斯韦方程在完全匹配层吸收边界条件中的时域有限差分(PML-FDTD)表达式,将FDTD推广到三维扩展柱坐标系中;为保证其求解的稳定性,给出了更为严格的时间步长计算公式,并去除了对称轴上的奇点;提出了利用插值法对PML最外层理想金属层进行设置的方法,改善了PML的吸收性能.     

一种计算旋转对称目标散射的有限元算法

给出了一种混合使用有限元和圆柱完全匹配层计算旋转对称目标散射的有限元算法。使用矢量棱边基函数表示横向场分量，用标量节点基函数表示角度场分量。矢量基函数的使用消除了伪解问题，圆柱坐标完全匹配层（PML）的使用缩减了有限元网格，从而避免了无用的计算。这种方法能够处理大型的实际雷达目标，对于标准目标的计算结果符合得很好。     

改进的间断Galerkin法在激波管中的应用

近几年来,新兴的间断Galerkin法在计算流体领域取得了高效成果.该文在DG方法的基础上做了2处改进:主部修正副部和间断界面上的迎风格式.改进的DG法配以迎风格式可以有效地将激波面锁定在几个网格之内,有时可达一个网格;左或右迎风格式可以有效分辨小型激波;双侧迎风格式与精确解有很好的吻合度.数值模拟结果表明,DG法具有良好的收敛性、很小的数值耗散和很好的激波捕捉能力.如果选取m个基函数,DG法可以达到m+1阶精度.构造单元界面通量函数时,不需要增加节点信息就可以提高精度,而且很容易达到高阶精度.     

无网格法中边界畸变的控制与计算效率的提高

分析比较了常用的2种无网格法的形函数，即采用光滑粒子流体动力学（SPH）法与移动最小二乘（MLS）法构造的形函数，指出SPH形函数在特定情况下易在边界处产生畸变的原因，并提出了在边界外围设置虚节点以改善边界畸变的方法.分别通过配点法和无网格Galerkin（EFG）法计算了一维和二维算例，讨论了不同的边界条件处理方式对计算精度的影响，结果表明Lagrange乘子法处理边界条件的精度比点插值法高.在EFG法的一维悬臂梁算例分析中，讨论了节点支撑域半径和高斯积分阶次对计算量和计算精度的影响.分析表明，当使用单点高斯积分时，节点支撑域的变化易导致计算结果不稳定，提高高斯积分阶次能够降低计算结果对节点支撑域大小变化的敏感性并提高计算精度，但同时增加了计算量.     

基于FPGA时域有限差分算法的设计与实现

以时域有限差分法的二维形式为例,用Verilog HDL语言加以实现.采用32位单精度浮点数进行加减法和乘法运算,以保证计算的精度.通过modelsim软件仿真,以Altera FPGA的硬件实现来确保设计的正确性.实验结果显示,基于FPGA的时域有限差分法硬件实现方法对提高速度效果明显,是提高算法性能的有效途径.     

脑电波的预处理和时域特征抽取

本文提出了几种去除脑电波中各种伪差和干扰的方法,并首次提出了几个有效的时域特征参数.实验结果表明有效识别率为95%.     

激波与边界层干扰研究综述

综述了激波与边界层干扰的研究工作,其内容涉及定常激波－边界层干扰的一般特性、气动加热、理论研究、数值模拟以及非定常激波－边界层干扰的若干问题。